1 概述

90年代初，我國(guó)機(jī)械加工行業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化對(duì)舊式機(jī)床進(jìn)行了不同程度的改造。我們?cè)趨⑴c此項(xiàng)工作時(shí)，仔細(xì)分析了工廠的實(shí)際情況，本著勤儉節(jié)約、降低改造成本的原則，采用數(shù)字控制系統(tǒng)作為步進(jìn)電機(jī)的主要控制裝置，對(duì)加工鞋底花紋的銑床進(jìn)行了改造，從而縮短了機(jī)械加工周期，提高了加工精度和生產(chǎn)效率?？刂葡到y(tǒng)見(jiàn)圖1。系統(tǒng)的CAM工作主要是通過(guò)單片機(jī)控制完成的，單片機(jī)按照輸入的加工程序進(jìn)行插補(bǔ)等各種運(yùn)算產(chǎn)生進(jìn)給量，由軟硬件相結(jié)合的技術(shù)實(shí)現(xiàn)脈沖分配，輸出一系列脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)功放驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)了刀具按照規(guī)定曲線軌跡運(yùn)動(dòng)的加工。

圖1 微機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單片機(jī)工作原理

步進(jìn)電機(jī)具有輸出力矩較大、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、控制精度高、容易與數(shù)字電路接口等優(yōu)點(diǎn)，在改造過(guò)程中，我們采用功能價(jià)格比合理的單片微處理機(jī)系統(tǒng)?PS，構(gòu)成直接輸出步進(jìn)電機(jī)所需驅(qū)動(dòng)信號(hào)。X向、Y向、Z向步進(jìn)電機(jī)通過(guò)單片?PS程序分別從擴(kuò)展的I/O接口電路中獲得驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)（fx、fy、fz）、正反轉(zhuǎn)選擇信號(hào)（Sx、Sy、Sz）、置零信號(hào)（Se）以及聯(lián)動(dòng)信號(hào)（Sxy、Sxz、Syz），用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)（滾珠絲杠）轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€位移，進(jìn)行位置和速度控制。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)是由驅(qū)動(dòng)脈沖的個(gè)數(shù)決定的。所以根據(jù)這一工作原理只要不斷改變繞組的通電狀態(tài)，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)按規(guī)定方向運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)確定單片機(jī)晶振時(shí)，脈沖信號(hào)的最高頻率也就確定了。設(shè)計(jì)單片機(jī)程序?qū)⒉竭M(jìn)電機(jī)繞組的各種不同通電方式按照二進(jìn)制編碼列表編程（見(jiàn)下表），執(zhí)行不同次數(shù)的查表語(yǔ)句，輸出脈沖的頻率亦隨之變化。圖2是X方向脈沖分配子程序框圖。

圖2 X向脈沖分配子程序框圖

脈沖分配表 地址 代碼值 通電順序（A、B、C）
TAB+1 0BH 100
TAB+2 09H 110
TAB+3 0DH 010
TAB+4 0CH 011
TAB+5 0EH 001
TAB+6 0AH 101
注：1——通電 0——斷電